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多方位掌控?cái)?shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)

瀏覽次數(shù):885更新時(shí)間:2022-07-21

劉丹

(安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定)
摘  要:數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是為機(jī)房內(nèi)所有需要?jiǎng)恿﹄娫吹脑O(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的動(dòng)力電源支持的系統(tǒng);是數(shù)據(jù)中心日常運(yùn)維的重大支出之一,在數(shù)據(jù)中心,供配電系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)人的“心臟和血管”,負(fù)責(zé)把能量輸送到系統(tǒng)的每一臺(tái)設(shè)備。一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障,會(huì)導(dǎo)致IT設(shè)備斷電宕機(jī),產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。故數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員和管理者對數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)是否正常運(yùn)行尤為關(guān)注。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;供配電系統(tǒng);配電監(jiān)控;能效管理;
1數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)
說到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng),就不得不談系統(tǒng)架構(gòu),關(guān)于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu),GB50174 - 2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》在附錄“電氣”中規(guī)定:數(shù)據(jù)中心應(yīng)滿足容錯(cuò)要求,可采用2N系統(tǒng),也可采用其他避免單點(diǎn)故障的系統(tǒng)配置。
數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要有3種架構(gòu):2N、DR、RR。
1.1 2N系統(tǒng)
由兩個(gè)供配電單元組成,每個(gè)單元均能滿足全部負(fù)載的用電需要,兩個(gè)單元同時(shí)工作,互為備用。
正常運(yùn)行時(shí),每個(gè)單元向負(fù)載提供50 % 的電能,當(dāng)一個(gè)單元故障停止運(yùn)行時(shí),另一個(gè)單元向負(fù)載提供100 % 的電能。

這種多電源系統(tǒng)冗余的供電方式,克服單電源系統(tǒng)存在的單點(diǎn)故障瓶頸,增加了供電系統(tǒng)可靠性。但是由于設(shè)備配置多、成本高,通常情況下效率比N+X系統(tǒng)低。
1.1 DR系統(tǒng)
DR是Distribution Redundancy的簡稱,意思是分布冗余。
由N(N≥3)個(gè)配置相同的供配電單元組成,N個(gè)單元同時(shí)工作。將負(fù)載均分為N組,每個(gè)供配電單元為本組負(fù)載和相鄰負(fù)載供電,形成“手拉手”供電方式。
正常運(yùn)行情況下,每個(gè)供配電單元的負(fù)荷率為66%。當(dāng)一個(gè)供配電系統(tǒng)發(fā)生故障,其對應(yīng)負(fù)載由相鄰供配電單元繼續(xù)供電。

1.3 RR系統(tǒng)
RR是Reserve Redundancy的簡稱,意思是后備冗余。
由多個(gè)供配電單元組成,其中一個(gè)單元作為其它運(yùn)行單元的備用。當(dāng)一個(gè)運(yùn)行單元發(fā)生故障,通過電源切換裝置,備用單元繼續(xù)為負(fù)載供電。

2數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)組成
這里我們說的“數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)”是從電源線路進(jìn)用戶起經(jīng)過高/低壓供配電設(shè)備到負(fù)載止的整個(gè)電路系統(tǒng),將主要包括市電引入、變電站、高壓配電設(shè)備——高壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)、輸入低壓配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、列頭柜/母線槽配電系統(tǒng)和機(jī)架配電系統(tǒng)。

2.1柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)
主要用作后備電源,一旦市電失電,迅速啟動(dòng)為后級低壓設(shè)備提供備用電源。

2.2高壓變配電系統(tǒng)

主要是將市電通過該變壓器轉(zhuǎn)換成380V,供后級低壓設(shè)備用電。常規(guī)情況下,數(shù)據(jù)中心主要采用市電配電,一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心引入兩路市電電源,每一路市電電源的供電容量,都需要*數(shù)據(jù)中心的全部電力需求,兩路電源負(fù)荷設(shè)備輸入端自動(dòng)切換,正常時(shí)同時(shí)供電運(yùn)行。
2.3自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)
主要是自動(dòng)完成市電與市電或市電與柴油發(fā)電機(jī)之間的備用切換。
2.4輸入低壓配電系統(tǒng)
主要作用是電能分配,將前級的電能按照要求、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范分配給各種類型的用電設(shè)備,如UPS、空調(diào)、照明設(shè)備等。
2.5不間斷電源系統(tǒng)
不間斷電源UPS,是一種將蓄電池與主機(jī)相連接,通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電(交流電)的系統(tǒng)設(shè)備。主要作用是電能凈化、電能后備,為IT負(fù)載提供純凈、可靠的用電保護(hù)。在數(shù)據(jù)中心,UPS一般采用一用一備容錯(cuò)配置,且任何一路都可以帶起整個(gè)核心負(fù)載。
2.6列頭柜/小母線系統(tǒng)
主要作用是將UPS輸出電能的進(jìn)行分配,將電能按照要求與標(biāo)準(zhǔn)分配給各種類型的IT設(shè)備。
2.7機(jī)架配電系統(tǒng)
主要作用是機(jī)架內(nèi)的電能分配,通常是采用PDU來實(shí)現(xiàn)機(jī)架內(nèi)服務(wù)器等IT設(shè)備的電能分配。
3安科瑞為數(shù)據(jù)中心供配電提供整體解決方案
3.1方案組成
安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心發(fā)展形式,推出數(shù)據(jù)中心AcrelEMS-IDC綜合能效解決方案,集成了變配電監(jiān)測、電源備自投、電氣接點(diǎn)測溫、智能照明控制、電能質(zhì)量監(jiān)測及治理、蓄電池在線監(jiān)測、列頭柜監(jiān)控、智能母線監(jiān)控以及消防監(jiān)控等多種子系統(tǒng)功能,能夠幫助用戶實(shí)時(shí)掌握數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行情況,保障數(shù)據(jù)中心安全可靠的運(yùn)行,輔助運(yùn)維團(tuán)隊(duì)提升數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性,提高運(yùn)維效率并降低。

3.2功能介紹
1)系統(tǒng)主頁
展示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心總能耗,動(dòng)力能耗,空調(diào)能耗,及其他能耗并且計(jì)算出當(dāng)前數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)PUE值,通過儀表盤形式直觀展示。

2)變電站綜自
對數(shù)據(jù)中心變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控,并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當(dāng)前遙測、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài)。
在變配電過程中的各場景,安科瑞可以提供各類硬件產(chǎn)品。如AM系列微機(jī)保護(hù)裝置、APView電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、APF&SVG電能質(zhì)量治理裝置、ANDPF配電列頭柜、ARCM電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、ASL系列智能照明控制等產(chǎn)品。

3)電力監(jiān)控
電力監(jiān)控云平臺(tái)針對供配電系統(tǒng)的特點(diǎn),對35KV及以下供配電實(shí)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控,對電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供現(xiàn)代化手段,可實(shí)現(xiàn)無人值守。

4)電能質(zhì)量監(jiān)測
電能質(zhì)量在線監(jiān)測,可以監(jiān)測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄、ITIC容忍曲線等。

5)分布式光伏
對逆變器運(yùn)行和電站進(jìn)行監(jiān)測,對電站發(fā)電進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

6)UPS監(jiān)測
系統(tǒng)采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)頻率,同時(shí)監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當(dāng)前負(fù)載下的剩余時(shí)間等數(shù)據(jù)。

7)蓄電池監(jiān)測
展示單體電池電壓、內(nèi)阻和溫度,預(yù)測電池帶載時(shí)剩余時(shí)間,每節(jié)電池?cái)?shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報(bào)警,及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池異常。

8)列頭柜監(jiān)測
系統(tǒng)可以展示配電柜內(nèi)進(jìn)線和饋線回路電氣參數(shù),包括電流電壓功率電能以及開關(guān)狀態(tài),并可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置和分級,數(shù)據(jù)取自配電柜測量模塊。

9)母線槽監(jiān)測
系統(tǒng)可以展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數(shù),包括電流電壓、開關(guān)狀態(tài)、插接點(diǎn)溫度,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置和分級。

10)能源分布
通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布,設(shè)備分布情況,并顯示設(shè)備能耗數(shù)據(jù),點(diǎn)擊平面圖上設(shè)備可以進(jìn)入具體設(shè)備監(jiān)控界面。

11)能耗分析
顯示電能消耗日/月/年報(bào)表,并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進(jìn)行展示。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進(jìn)行同比、環(huán)比分析比較,查看用電趨勢。

12)環(huán)境監(jiān)測
監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、開關(guān)門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數(shù)。曲線圖直觀明了,同時(shí)支持歷史數(shù)據(jù)查詢。

13)空調(diào)監(jiān)測
系統(tǒng)可監(jiān)測空調(diào)的回風(fēng)溫濕度,出回水溫度,并可以設(shè)定空調(diào)的溫濕度,達(dá)到更好的控制效果。

14) 智能照明
用戶可通過控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能化控制。

15)電氣安全
電氣接點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測,斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點(diǎn)溫度,便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導(dǎo)致的事故。

16)消防監(jiān)控
智慧消防管理云平臺(tái)是在智慧安全用的基礎(chǔ)上,增加了火報(bào)系統(tǒng),智慧煙感和智慧消防用水等設(shè)備和系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防、火情報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制等功能。

17)故障報(bào)警
報(bào)警事件分為四級,通過列表顯示各類報(bào)警事件數(shù)量,通過柱狀圖顯示逐日報(bào)警數(shù)量,提供報(bào)警總數(shù)以及增長趨勢。

18)運(yùn)維管理
運(yùn)維管理功能,可針對數(shù)據(jù)中心各主要設(shè)備進(jìn)行巡檢派工,消缺,搶修等維護(hù)工作。
3.3典型硬件
下圖為安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)的系統(tǒng)拓?fù)鋱D,按照能源的流向、電壓等級的變化,數(shù)據(jù)中心的供配電從市電引入后,需要經(jīng)過用戶變電站、中高壓配電室、柴發(fā)室、低壓配電室、電池室等場景、最后能源流向數(shù)據(jù)機(jī)房給IT設(shè)備進(jìn)行供電。

整個(gè)供配電場景中可以用到安科瑞的相關(guān)產(chǎn)品如下:

 

5結(jié)語
數(shù)據(jù)中心建設(shè)正朝著規(guī)模化、科學(xué)化、集中化、綠色化方向發(fā)展,在此背景下安科瑞希望能夠如何通過AcrelEMS-IDC綜合能效管理系統(tǒng)幫助數(shù)據(jù)中心建設(shè)者管理者保障數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定、安全、持續(xù)運(yùn)行。
【參考文獻(xiàn)】
[1]李慶杰,許志紅.封閉式母線槽溫濕度智能檢測系統(tǒng)[J]低壓電器,2012,12.
[2] 方黎明.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新一代智能母線系統(tǒng)[J].電氣智能化,2019(05):89-91.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版.

 

 

 

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